DC blokken overgang - kortsluiting?

[obiwanjacobi]

Ik ben een DC baan aan het bouwen en was aan het nadenken over blokken (en detectie) toen ik op het volgende stuitte.

Stel een loc rijdt van een blok naar het volgende blok. De blokken worden *NIET* door dezelfde voeding gevoed.
Volgens mij is er dan een (potentieel) moment dat de voorwielen van de loc al in het nieuwe block staan terwijl de achterwielen nog op het 'oude' blok zijn. Wanneer de spanning niet exact gelijk is zal er dus kortsluiting ontstaan (door de loc heen - ouch!) tussen de power supplies van die twee blokken.

Bijkomende complexiteit is dat ik van plan ben om alle blokken met PWM aan te sturen - waardoor de kans op problemen nog wordt vergroot. Er is nl. geen garantie dat de PWM fase van de twee blokken gelijk is (zelfs als de frequentie en duty-cycle dat wel zijn)...

Hoe lost men dit op?

[BramvanLeeuwen]

Dat is inderdaad een probleem.
iTrain ondervangt het door ervoor (in principe) het blok waar de trein heen gaat te reserveren. De elektronica van Dinamo zorgt er samen met iTrain dan voor dat op het gereserveerde blok dezelfde spanning staat als op het blok waar de trein zich bevindt. Als de blokken door verschillende modules gevoed worden moeten de digitale pulsen wel door dezelfde klok gestuurd worden. Dinamo zorgt ervoor dat de klokken in de verschillende modules gelijk lopen.
iTrain en Dinamo samen zorgen er dus voor dat er geen kortsluiting ontstaat.
Ook bij het verlaten van een blok speelt het probleem. Een wielstel kan al kortsluiting veroorzaken.
Als je zelf hardware gaat maken is dit alles wel even een dingetje, maar zoals je ziet: het probleem is oplosbaar.

Ik heb de makkelijke weg gekozen: Dinamo-modules aanschaffen + iTrain-besturing. Dat zorgt voor PWM, ook bij analoge locomotieven.

[bpieters]

Je kunt dat oplossen door tussen de 2 blokken een stopsectie in 1 rail van ca 20cm lengte te maken die alleen stroom krijgt als beide blokken dezelfde polariteit hebben.
Daar zijn allerlei analoge schakelingen voor en dat zal digitaal ook wel op te lossen zijn.

[bpieters]

Dit is een simpele oplossing met voor elke zone een 3PDT schakelaar:


Als beide schakelaars in dezelfde stand staan is de stopsectie bekrachtigd.
Om problemen te voorkomen is in dit schema afgezien van een gemeenschappelijke min-leiding.
De zones zijn dus volledig gescheiden.

[obiwanjacobi]

Dit idee past niet helemaal in wat ik in gedachte had. Mijn idee was om elk blok een eigen PWM controller te geven en de software (brains) een trein over die blokken te laten rijden. Hiervoor is nodig dat de software 'weet' waar de trein is (detectie) en of er treinen voor rijden. Er is altijd een leeg blok voor een trein. Wanneer het blok daarna vrij komt kan de trein doorrijden naar het volgende blok.

Om jouw idee te laten werken zou ik een beprekt aantal (maar wel meer dan 2) aansturingen (bij jou trafo) moeten switchen naar elk blok op de baan. Dat kan, maar dat vergt veel relais en draad. Voordeel daarvan zou wel zijn dat ik dan geen PWM fase-probleem meer heb omdat elke trein zijn eigen PWM controller krijgt. Maar die switch-matrix zie ik niet zo zitten...

[bpieters]

Oke is helemaal prima.
Het was maar iets waar ik zelf op mijn baan gebruik van heb gemaakt.
Deze schakeling stamt nog uit de tijd dat het digitale aspect er nog niet was of in de kinderschoenen stond.
In plaats van de handschakelaars kun je allerlei andere electronische schakelingen toepassen.
Hoe je het ook maakt dit principe met een stroomloos deel blijft waarschijnlijk altijd bestaan.
Kortsluiting blijft altijd een ongewenste verbinding.
Een ander idee is dat je het lege blok in principe alleen bekrachtigt als er een trein moet binnenlopen en je kortsluitprobleem is al een stuk minder.
De eerder genoemde stopsectie beslaat dan feitelijk een heel blok.

[BramvanLeeuwen]

In dat geval is het bij mijn baan toch, denk ik, echt nodig dat de klokken van de pwm-controllers gelijk lopen. Ik heb tenminste treinen van wel 80 cm lang waar de wielen onderling doorverbonden zijn ten behoeve van de verlichting van de rijtuigen. Het is dan echt noodzakelijk dat de pulsen gelijk lopen (in fase zijn). Maar, daar kun je met elektronica toch voor zorgen zeker? Het is wel even een dingetje.

[bpieters]

De hoeveelheid bedrading valt wel mee bij mijn schakeling weet ik bij ondervinding.
Door de gehele isolatie van elk blok kun je per blok schakelen van analoog naar digitaal als je dat in de toekomst wil.
In het ene blok kun je analoog rijden en in het andere digitaal.
Het systeem wordt daardoor hybride.

[obiwanjacobi]

In dat geval is het bij mijn baan toch, denk ik, echt nodig dat de klokken van de pwm-controllers gelijk lopen. Ik heb tenminste treinen van wel 80 cm lang waar de wielen onderling doorverbonden zijn ten behoeve van de verlichting van de rijtuigen. Het is dan echt noodzakelijk dat de pulsen gelijk lopen (in fase zijn). Maar, daar kun je met elektronica toch voor zorgen zeker? Het is wel even een dingetje.

Ja idd. Ik was van plan om losse nodes (arduino's) te maken maar neig nu naar 1 centraal brein - mijn baan is (nog) niet heel groot.
Ik denk aan het gebruiken van een externe PWM chip die een clock ingang heeft. Dan laat ik de Arduino de clock genereren en kan ik 'eindeloos' externe PWM chips blijven toevoegen die allemaal in de pas lopen. De synchronisatie van de duty-cycle (hoe breed de puls is) moet in de software worden gemanaged - moet niet te moeilijk zijn.

Het volgende crusiale punt is detectie van de treinen. Primair is de loc (ik heb nog geen wagons die electrisch verbonden wielen hebben) en denk nu aan stroom-detectie (hoewel dat met PWM ook zijn uitdagingen heeft). Ik heb ook wat IR-sensors om mee te spelen. Maar dat is voer voor een ander draadje.

[bpieters]

Tja, zo ingewikkeld kun je het inderdaad ook maken.

[BramvanLeeuwen]

Prima oplossing voor de PWM, lijkt me! Simpeler maken is een illusie.

Ik denk dat het softwarematig niet zo moeilijk moet zijn om 'de eerste stroomdetectie' in een blok vast te stellen. Ik heb zelf (ook) ervaring met IR-detectie voor de bediening van spoorbomen. Mijn ervaring is dat je dan wel een echte poort moet maken. Simpel reflectie van wat IR-straling tegen de trein is een gevaarlijke methode. Werkte 's winters goed en met de IR-straling van het zomerzonnetje erbij niet meer goed. Je moet dan echt wel IR-pulspakketjes gaan genereren. Stroomdetectie werkt bij mij ideaal, maar bij lange treinen met b.v. sluitlichten (wat ik ook wil) wel een software uitdaging. Kijk maar eens hoe Xander Berros het bij iTrain opgelost heeft. Dat is wel 'je van het'!! Maar ik vermoed dat hij het ook in stapjes steeds weer verbeterd heeft, daar zit vele jaren werk in. Je kan met proeflicentie virtueel een treintje laten rondrijden in een zelf ontworpen baanplan.

[obiwanjacobi]

Tja, zo ingewikkeld kun je het inderdaad ook maken.

Da's ook deel van de lol

Na wat experimenteren heb ik ook de ervaring dat IR sensors (op reflectie) niet echt betrouwbaar werken. Ik heb ook wat laser sensors binnen, maar moet deze nog proberen. Ben nu bezig met een proefopstelling: een rondje met 4 blokken. De externe PWM generator (PCA9685) stuurt 4 motorcontrollers (H-bridge) aan (TB6612FNG) die elk een blok voor hun rekening nemen. Ben nu nog de software aan het schrijven (I2C) maar wil dit later uitbreiden met nog wat stroom-sensors (INA226).

Ik speel zelfs met de gedachte om zelf een printje te maken waar ik 16 blokken mee kan aansturen met ingangen voor de bloksensoren - maar dat is nog toekomst. Eerst ervaring op doen met dit systeem en ontdekken wat wel/niet werkt.

[BramvanLeeuwen]

Leuk project!
Ik wijs je er nog even op dat je stroomsensor tevens 'kortsluiting op de baan kan detecteren. Dat krijg je er min of meer gratis bij. Ja zal denken: moet dat nou, maar kortsluiting op de baan geen weinig voorkomend fenomeen is, ook als je oppassend bent. Bijvoorbeeld doordat wisseltongen niet op het juiste moment gepolariseerd worden . De stroomsensor kan er dan voor zorgen dat de spanning snel (en tijdelijk) wordt afgeschakeld.